永蓝高速路基路面综合设计K70+200-K72+300

永蓝高速路基路面综合设计 K70+200-K72+300 目录 第一章 线形设计 -1 1.1 平曲线的计算-1 1.1.1 平曲线要素的计算 -1 1.1.2 各主点桩号的计算 -2 1.1.3 逐桩坐标表-2 1.2.1 竖曲线要素的计算-3 1.2.2 竖曲线要点桩号及高程的计算-4 第二章 边坡稳定性分析 -5 2.1 汽车荷载当量换算-5 2.2 简化 BISHOP 法求稳定系数 K-6 2.2.1 最危险圆弧圆心位置的确定-6 2.2.2 用 Bishop 法进行边坡稳定性分析-7 2.2.3 具体计算结果见下表-7 2.3 最危险滑动面验算 -12 第三章 挡土墙设计与验算 -14 3.1 设计资料 -14 3.1.1 墙身构造-14 3.1.2 车辆荷载-14 3.1.3 土壤地质情况-14 3.1.4 墙身材料-15 3.2 墙背土压力计算 -15 3.3 墙身截面性质计算 -17 3.4 墙身稳定性验算 -17 第四章 排水工程设计 -21 4.1 排水设计的规定 -21 4.1.1 设计说明-21 永蓝高速路基路面综合设计 K70+200-K72+300 4.1.2 路基排水综合设计-22 4.2 汇流历时计算 -22 4.2.1 汇水面积和径流系数-22 4.2.2 汇流历时-23 4.2.3 设计重现期-23 4.2.4 降雨强度-23 4.2.5 设计流量-23 4.2.6 检验汇流历时假设-23 4.3 沟横断面计算 -24 4.3.1 有关参数-24 第五章 特殊路基的设计 -26 5.1 软土地基处理的一般原则 -26 5.2 反 压 法-26 5.2.1 概述 -26 5.2.2 加固原理-27 5.2.3 设计计算-27 5.3 表层排水法 -29 5.4 砂垫层法 -30 5.4.1 设计 -30 5.4.2 施工 -30 第六章 水泥混凝土路面设计 -31 6.1 交通分析 -31 6.1.1 计算设计年限内通过的标准轴载作用次数-31 6.1.2 计算累计标准轴次-32 6.2 方案设计 -32 6.2.1 假定路基为干燥状态(方案一)-33 6.2.2 假定路基为中湿状态(方案一)-35 6.2.3 假定路基为潮湿状态(方案一)-39 永蓝高速路基路面综合设计 K70+200-K72+300 6.2.4 假定路基为干燥状态(方案二)-42 6.2.5 假定路基为中湿状态(方案二)-45 6.2.6 假定路基为潮湿状态(方案二)-49 6.2.7 假定路基为干燥状态(方案三)-52 6.2.8 假定路基为中湿状态(方案三)-55 6.2.9 假定路基为潮湿状态(方案三)-58 6.3 方案比选 -62 6.3.1 交通分析-62 6.3.2 路面结构-62 6.3.3 技术性 -62 6.3.4 经济性 -62 6.3.5 稳定性 -63 第七章 沥青混凝土路面设计 -65 7.1 据交通量确定累计标准轴次 -65 7.1.1 交通参数-65 7.1.2 交通量组成-65 7.1.3 累计标准轴次计算结果-66 7.2 沥青路面结构设计方案一(半刚性) -66 7.2.1 确定路面设计弯沉值与抗拉强度结构系数-67 7.2.2 干燥状态-67 7.2.3 中湿状态-69 7.2.4 潮湿状态-70 7.3 沥青路面结构设计方案二（复合式） -72 7.3.1 确定路面设计弯沉值与抗拉强度结构系数-72 7.3.2 干燥状态-73 7.3.3 中湿状态-74 7.3.4 潮湿状态-76 7.4 沥青路面结构设计方案三（全柔） -78 7.4.1 确定路面设计弯沉值与抗拉强度结构系数-78 永蓝高速路基路面综合设计 K70+200-K72+300 7.4.2 干燥状态-78 7.4.3 中湿状态-80 7.4.4 潮湿状态-81 7.5 沥青路面方案比选 -83 7.5.1 从施工上比选：-83 7.5.2 从材料，经济的角度分析：-83 7.5.3 从技术的角度分析：-83 参考文献 -86 致 谢 -87 附录 附录 A: 专题研究 附录 B: 程序设计 附件 附件：开题报告 附件：英文译文及原文复印件 永蓝高速路基路面综合设计 K70+200-K72+300 1 第一章 线形设计 1.1 平曲线的计算 平曲线包括直线、圆曲线和缓和曲线。 直线设计要求：直线的运用应注意同地形与环境相协调， 规范规定:当设计速度 60 / h 时,同向曲线间的直线最小长度以不小于设计速度(以/h 计)的 6 倍为宜,反向 曲线间直线最小长度以不小于设计速度的两倍为宜，圆曲线的最小长度一般要有 3s 行 程。 圆曲线设计要求：在选用圆曲线半径时，最大半径值一般不应超过 10000 米，在 地形条件许可时，就力求使半径尽可能接近不设超高最小半径，在一般情况下或地形 有所限制时，应尽量采用大于一般最小半径，只有在地形特别困难不得已时，方可采 用极限最小半径。设计速度为 100km/h 时，一般最小半径为 700m，极限最小半径为 400m。 缓和曲线设计要求：缓和曲线是设置在直线与圆同线之间或半径相差较大的两个 转向相同的园曲线之间的一种曲率连续变化的曲线，其作用是使曲率连续变化，离心 加速度、超高横坡度及加宽逐渐变化，便于行车平稳。设计速度为 100km/h 时，缓和 曲线长度一般值为 120m，最小值 85m。 1.1.1 平曲线要素的计算 已知： JD9 圆曲线半径 R = 2200m, 转角 = 114608(左)； 1 曲线总长；m R LL93.8615 180 圆总 计算： 外距；mRRE15.412 2 sec 切线长；mRT15.8326 2 tan 切曲差。mLTJ931.172 总 永蓝高速路基路面综合设计 K70+200-K72+300 2 1.1.2 各主点桩号的计算 已知: JD1 桩号为: K66 + 515.52； 计算：直圆点桩号为 ZY = JD T = K66 + 188.73； 曲中点桩号为 QZ = ZY + = K66 + 515.65； 2 总 L 圆直点桩号为 YZ = ZY + Ls= K66 + 840.60。 1.1.3 逐桩坐标表 表表 1-1 逐桩坐标表表逐桩坐标表表 坐 标坐 标 桩 号 N (X)E (Y) 桩 号 N (X)E (Y) K65+5002676339.3420659.44K65+9802675861.4420627.33 K65+5202676319.3420660.28K66+0002675841.7420623.78 K65+5402676299.4420660.93K66+0202675822.1420620.11 K65+5602676279.4420661.39K66+0402675802.4420616.34 K65+5802676259.4420661.66K66+0602675782.8420612.47 K65+6002676239.4420661.73K66+0802675763.2420608.53 K65+6202676219.4420661.62K66+1002675743.6420604.52 K65+6402676199.4420661.32K66+1202675724420600.45 K65+6602676179.4420660.83K66+1402675704.5420596.34 K65+6802676159.4420660.14K66+1602675684.9420592.2 K65+7002676139.4420659.27K66+1802675665.3420588.04 K65+7202676119.4420658.21K66+188.712675656.8420586.23 K65+7402676099.5420656.95K66+2002675645.8420583.87 K65+7602676079.5420655.51K66+2202675626.2420579.72 K65+7802676059.6420653.87K66+2402675606.6420575.6 K65+8002676039.7420652.05K66+2602675587.1420571.52 K65+8202676019.8420650.04K66+2802675567.5420567.5 K65+8402675999.9420647.83K66+3002675547.9420563.56 K65+8602675980420645.44K66+3202675528.2420559.73 K65+8802675960.2420642.86K66+3402675508.6420556.01 K65+888.712675951.6420641.68K66+3602675488.9420552.42 K65+9002675940.4420640.09K66+3802675469.2420548.99 K65+9202675920.6420637.14K66+388.712675460.6420547.55 K65+9402675900.9420634.02K66+4002675449.5420545.74 K65+9602675881.1420630.74K66+4202675429.7420542.66 永蓝高速路基路面综合设计 K70+200-K72+300 3 K66+4402675409.9420539.75K66+7402675110.9420517.58 K66+4602675390.1420537.03K66+7602675091420517.3 K66+4802675370.3420534.49K66+7802675071420517.1 K66+5002675350.4420532.13K66+8002675051420516.96 K66+5202675330.5420529.96K66+8202675031420516.85 K66+5402675310.6420527.96K66+8402675011420516.76 K66+5602675290.7420526.14K66+840.602675010.4420516.75 K66+5802675270.8420524.5K66+8602674991420516.67 K66+6002675250.8420523.05K66+8802674971420516.57 K66+6202675230.9420521.78K66+9002674951420516.45 K66+6402675210.9420520.68K66+9202674931420516.3 K66+640.602675210.3420520.65K66+9402674911420516.1 K66+6602675190.9420519.77K66+9602674891420515.86 K66+6802675170.9420519.02K66+9802674871420515.55 K66+7002675150.9420518.42K67+0002674851420515.16 K66+7202675130.9420517.94 1.2 竖曲线的计算竖曲线的计算 1.2.1 竖曲线要素的计算 已知： 第 1 变坡点：K65 + 840，高程：179.39m, 竖曲线半径 R = 10599m，i = 1 1 2.441%, i = -1.933%,为凸形曲线； 2 第 2 变坡点：K66 + 500，高程：166.63m,竖曲线半径 R = 9768m，i = -1.993% 21 i = 2.222%,为凹形曲线； 2 计算得： 竖曲线一：,为凹形曲线，曲线长；0%74.34- 1212 iiwmwRL8.7231 1211 切线长；外距。m L T8.7231 2 1 1 m R T E3.52 2 1 2 1 1 竖曲线二： 同理求得：曲线长切线长 L =405.84m；T = 202.92m,外距 E = 222 2.108m。 永蓝高速路基路面综合设计 K70+200-K72+300 4 1.2.2 竖曲线要点桩号及高程的计算 竖曲线一： 起点桩号= K65 + 840T = K65 + 608； 1 终点桩号= K65 + 840 + T = K66 + 071.85； 1 变坡点对应桩号设计高程=174.10 + E = 175.86； 竖曲线一起点设计高程=174.10 - T i = 173.53m； 1 1 竖曲线一终点设计高程=167.89 + T i =170.50m。 1 2 竖曲线二： 起点桩号= K66 + 500 T = K66 + 297； 终点桩号= K66 + 500 + T = K66 + 703； 2 变坡点二对应桩号设计高程 = 157.06 + E = 168.74m； 2 竖曲线二起点设计高程 = 167.89 - T i =170.5m； 21 竖曲线二终点设计高程 = 165.08 + T i = 171.08m。 22 永蓝高速路基路面综合设计 K70+200-K72+300 5 第二章 边坡稳定性分析（手算） 一、一、 典型断面（如图典型断面（如图 1 1）：）： 图1 验算断面k72+080 二、验算步骤：二、验算步骤： 1计算参数的的选用； 2荷载当量高度计算； 3 4.5H 法确定滑动圆心辅助线； 利用瑞典条分法进行路堤边坡稳定性验算； 三、计算参数的选用：三、计算参数的选用： 本路堤采用粘聚力 =17kPa，摩擦角=230，天然容重为=18kN/m3 粘土填筑，地 c 基土按纵断面地质概况为粉质粘土，荷载按公路 I 级设置 四、荷载当量高度计算：四、荷载当量高度计算： 按以下公式将车辆荷载换算成当量土柱高： (4-1) BL NQ h 0 永蓝高速路基路面综合设计 K70+200-K72+300 6 式(4-1)中： N横向最不利布载，最左车辆布设在左硬路肩边缘上，N=3 Q一辆标准车辆荷载重，按规范取 550kN L前后轮最大轴距，按规范取 12.8m 路基填料的容重，按参数选择 18kN/m3 B荷载横向分布宽度，表示如下： B=Nb+（N-1）m+d 式中： b后轮轮距，按规范取 1.8m； m相邻两辆车后轮的中心间距，按规范取 1.3m； d轮胎着地宽度，按规范取 0.6m。 则： B=Nb+(N-1)m+d=31.8+(3-1)1.3+0.6=8.6m 故 =(3550)/(188.612.8)=0.83m BL NQ h 0 五、五、4.5H4.5H 法确定滑动圆心辅助线：法确定滑动圆心辅助线： （1）如下图 2，计入当量土柱高，H=14.48m，近似边坡为 14.48:23.251:1.6， 查辅助角值表 1 得 1=26，2=35 辅助角值表（表 1） 坡度1：1 1:1.51:21:2.51:31:4 1282625252525 2373535353536 （2）由坡脚 E 向下引竖线 EF，EF=14.48m,自 F 点向右引水平线 FM=4.5H=65.16m （3）连接 ES，自 E 点作与 ES 成 1=26夹角直线，自 S 点作与水平成 2=35夹角 永蓝高速路基路面综合设计 K70+200-K72+300 7 直线，两直线相交于 D 点 （4）连接 MD，并向左上延长，即得滑动圆心辅助线 MD 图2 4.5H法滑动圆心辅助线 六、瑞典条分法进行路堤稳定性验算六、瑞典条分法进行路堤稳定性验算 1.过坡脚 E 点，绘制五条不同位置的滑动圆弧：通过路基中线 G；通过左（土） 肩边缘 P；通过 GP 中点 N；通过 GN 中点 W；通过 NP 中点 Z； 2. 圆弧 （1）如图 3，将圆弧范围土体分成 8 条，圆心O=97，半径 R=25.41，28 条 每条宽 5m，第 1 条宽 0.5m 图3 圆弧条分图 永蓝高速路基路面综合设计 K70+200-K72+300 8 （2）计算每一滑动圆弧中点与圆心竖曲线之间的偏角 i; sini =Xi/R (5-1) 式(5-1)中：Xi分段中心距圆心竖曲线的水平距离，圆心竖曲线左侧为负， 右侧为正； R滑动曲线半径 （3）计算圆弧计算表（表 2） 10.9266.930.391.1721.068.2519.38 20.8457.140.5411.4205.2111.34172.37 30.7145.230.7041.17741.06521.86526.15 40.5432.680.8456.51017855.97549.18 50.3922.950.9246.55837.9771.55326.78 60.2313.300.9764.781166.041134.78268.19 70.031.721.0042.65767.7767.3523.03 8-0.17-9.790.9935.25634.5625.26-107.87 9-0.36 -21.100.9312.68228.24212.94-82.17 N i =5009.31 T i =1695.05 圆弧计算表（圆弧） Gi=i (KN) Ni=Gicosi (KN) Ti=Gisini (KN) L (m) 43.02 分段siniicosii（m2) （4）不计土条间相互作用力，土体极限平衡时有边坡稳定安全系数： 1K (5-2-4) n i i n i i T CLNf K 1 1 式(5-2)中：=tan=tan230.42 CL=1743.03=731.51N f 代入计算得： =1.671K 3.圆弧 永蓝高速路基路面综合设计 K70+200-K72+300 9 （1）如图 4，将圆弧范围土体分成 9 条，圆心O2=71，半径 R=28.01， 图4 圆弧条分图 （2）计算每一滑动圆弧中点与圆心竖曲线之间的偏角 i,，计算圆弧计算表（表 3） 10.8342.380.745.84105.1277.6587.52 20.7338.200.7917.49314.82247.41229.74 30.6434.030.8317.26310.68257.49197.54 40.5329.130.8727.72498.96435.84266.14 50.4122.760.9227.72498.96460.12203.79 60.2816.030.9623.64425.52408.98120.62 70.169.040.9918.81338.58334.3753.67 80.031.921.0012.37222.66222.537.47 9-0.09-5.231.004.3878.8478.51-7.21 N i =2522.9 T i =1159.2 圆弧计算表（圆弧） Gi=i (KN) Ni=Gicosi (KN) Ti=Gisini (KN) L (m) 34.7 分段siniicosii（m2) 则， =1.42 n i i n i i T CLNf K 1 2 4.圆弧 永蓝高速路基路面综合设计 K70+200-K72+300 10 （1）如图 5，将圆弧范围土体分成 8 条，圆心O3=47，半径 R=34.6， 图5 圆弧条分图 O3 （2）计算每一滑动圆弧中点与圆心竖曲线之间的偏角 i,，计算圆弧计算表（表 4） 10.7940.660.761.6930.4223.0824.00 20.7137.490.796.39115.0291.2682.04 30.6333.600.838.9160.2133.44100.38 40.5429.450.879.81176.58153.7695.33 50.4525.090.919.39169.02153.0876.60 60.3720.530.947.85141.3132.3351.78 70.2815.820.965.3395.9492.3126.84 80.1910.990.981.9234.5633.936.67 N i =813.17 T i =463.65 圆弧计算表（圆弧） Gi=i (KN) Ni=Gicosi (KN) Ti=Gisini (KN) L (m) 28.38 分段siniicosii（m2) 则， =1.78 n i i n i i T CLNf K 1 3 永蓝高速路基路面综合设计 K70+200-K72+300 11 5.圆弧 （1）如图 6，将圆弧范围土体分成 8 条，圆心O4=84，半径 R=26.15， 图6 圆弧条分图 O4 （2）计算每一滑动圆弧中点与圆心竖曲线之间的偏角 i,，计算圆弧计算表（表 5） 10.8241.960.7417.3311.4231.55255.91 20.6635.320.8236.56658.08536.95437.13 30.5128.030.8845.3815.4719.72416.90 40.3620.090.9443.38780.84733.31279.79 50.137.360.9938.18687.24681.5788.57 60.053.001.0030.32545.76545.0128.59 7-0.10-5.750.9919.97359.46357.65-36.15 8-0.33-18.570.957.09127.62120.98-42.12 N i =3926.7 T i =1428.6 分段siniicosii（m2) 圆弧计算表（圆弧） Gi=i (KN) Ni=Gicosi (KN) Ti=Gisini (KN) L (m) 38.34 则， =1.61 n i i n i i T CLNf K 1 4 永蓝高速路基路面综合设计 K70+200-K72+300 12 6.圆弧 （1）如图 7，将圆弧范围土体分成 9 条，圆心O5=57，半径 R=30.21， 图7 圆弧条分图 O5 （2）计算每一滑动圆弧中点与圆心竖曲线之间的偏角 i,，计算圆弧计算表（表 6） 10.8141.680.753.0354.5440.7344.43 20.7338.070.7913234184.22170.05 30.6333.660.8316288239.72180.84 40.5328.920.8816.82302.76265.00160.20 50.4323.900.9116.18291.24266.26125.34 60.3318.650.9514.34258.12244.5685.59 70.2313.220.9711.4205.2199.7647.77 80.137.660.997.48134.64133.4418.04 90.042.021.002.6447.5247.491.67 30.21 N i =1621.1 9 T i =833.93 圆弧计算表（圆弧） 分段siniicosii（m2) Gi=i (KN) Ni=Gicosi (KN) Ti=Gisini (KN) L (m) 则， =1.43 n i i n i i T CLNf K 1 5 永蓝高速路基路面综合设计 K70+200-K72+300 13 7.绘制 K 值曲线(图 8)，求极限滑动面 图8 K值曲线 O1 02 O3 O4 05 K=1.42 由图可知，第二条滑动圆弧 O2 对应的稳定安全系数最小，为极限滑动面，此时： K Kminmin=K=K2 2=1.421.35=1.421.35 故，此边坡稳定性符合要求 永蓝高速路基路面综合设计 K70+200-K72+300 14 第三章 边坡稳定性分析（电算） 断面简图: 计算简图: 控制参数: 采用规范: 通用方法 计算目标: 安全系数计算 滑裂面形状: 圆弧滑动法 永蓝高速路基路面综合设计 K70+200-K72+300 15 不考虑地震 坡面信息 坡面线段数 4 坡面线号 水平投影(m) 竖直投影(m) 超载数 1 8.500 5.660 0 2 2.000 0.000 0 3 12.000 8.000 0 4 13.000 0.000 1 超载1 距离0.750(m) 宽8.600(m) 荷载(10.50-10.50kPa) 270.00(度) 土层信息 上部土层数 1 层号 定位 重度 饱和重度 层顶线 孔隙水压 高(m) (kN/m3) (kN/m3) 倾角(度) 力系数 1 13.660 18.000 20.000 0.000 - 层号 粘聚力 内摩擦角 水下粘聚 水下内摩 (kPa) (度) 力(kPa) 擦角(度) 1 25.000 30.000 35.000 15.000 层号 十字板T 强度增 十字板T水 强度增长系 (kPa) 长系数 下值(kPa) 数水下值 1 - - - - = 下部土层数 1 层号 定位 重度 饱和重度 层顶线 孔隙水压 高(m) (kN/m3) (kN/m3) 倾角(度) 力系数 深(m) (kN/m3) (kN/m3) 倾角(度) 系数 1 13.660 16.000 20.000 -1.000 - 层号 粘聚力 内摩擦角 水下粘聚 水下内摩 (kPa) (度) 力(kPa) 擦角(度) 1 15.000 15.000 10.000 8.000 层号 十字板T 强度增 十字板T水 强度增长系 (kPa) 长系数 下值(kPa) 数水下值 1 - - - - 不考虑水的作用 计算条件 永蓝高速路基路面综合设计 K70+200-K72+300 16 圆弧稳定分析方法: Bishop法 土条重切向分力与滑动方向反向时: 当抗滑力对待 稳定计算目标: 指定圆心范围搜索最危险滑裂面 条分法的土条宽度: 0.500(m) 搜索范围最小X: -1.200(m) , 搜索范围最大X: 0.000(m) 搜索范围最小Y: 43.000(m) 搜索范围最大Y: 48.000(m) 搜索时的圆心步长: 2.000(m) 搜索时的半径步长: 2.000(m) - 计算结果: - 计算结果图 最不利滑动面: 滑动圆心 = (2.400,40.600)(m) 滑动半径 = 46.623(m) 滑动安全系数 = 1.732 起始x 终止x ? li Ci 謎 条实重 浮力 地震力 渗 透力 附加力X 附加力Y 下滑力 抗滑力 m鑙 超载 竖向 永蓝高速路基路面综合设计 K70+200-K72+300 17 地震力 地震力 (m) (m) (度) (m) (kPa) (度)